МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОПИРА РОТОРНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕЗКИ МЫЛА АНАЛИТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

АННОТАЦИЯ

Предложена методика построения профиля копира роторных устройств для резки мыла аналитическим способом. Копир в резательном автомате ротационного типа, является одной из важнейших деталей от расчета и изготовления которой зависят формы и размеры отрезаемых изделий. Анализ и расчет профиля копира относится к числу основных задач при проектировании резательного автомата. Для того чтобы линия резания мыла была прямой, необходимо выполнение условия, заключающегося в том, что в любой момент времени периода резки, горизонтальная составляющая скорости ножа должна быть равна скорости мыльного бруса. В результате проведенных расчетов было определено координаты практического профиля копира. Определена необходимость приравнения к нулю дифференциала функции семейства окружностей, для того чтобы найти уравнение касательной к крайним, экстремальным точкам окружностей, т.е. к точкам касания с практическим профилем копира.

ABSTRACT

A technique for constructing a copier profile of rotary soap cutting devices by an analytical method is proposed. A copier in a rotary type cutting machine is one of the most important parts on the calculation and manufacture of which the shapes and sizes of the products to be cut depend. The analysis and calculation of the copier profile is one of the main tasks in the design of a cutting machine. In order for the soap cutting line to be straight, it is necessary to fulfill the condition that at any given time of the cutting period, the horizontal component of the knife speed must be equal to the speed of the soap bar. As a result of the calculations, the coordinates of the practical profile of the copier were determined. The necessity of equating the differential of the circle family function to zero is determined in order to find the equation of the tangent to the extreme, extreme points of the circles, that is, to the points of contact with the practical profile of the copier.

Ключевые слова: режущий элемент, рычаг, барабан, копир, профиль копира, угол реза, радиус барабана, точность резки, перпендикулярность реза.

Keywords: a cutting element, lever, drum, copir, structure copir, corner cutting, radius of a drum, factor of overlapping of knives, perpendicular cutting.

Введение. Одним из лимитирующих участков, снижающих производительность линии производства мыла, а также качество конечного продукта, является участок его резки. Недостаточное качество резки, обеспечиваемое автоматом резки мыла, приводит к частым простоям линии и высокому выходу брака.

При производстве мыла и некоторых видов специальной продукции, используется метод непрерывно формируемого пластичного бруса.

При автоматизации резки непрерывно движущегося пластичного бруса мыла возникает проблема, заключающаяся в обеспечении измерения длины отрезаемого куска и непосредственно процесса резания мыльного бруса в состоянии его непрерывного движения.

При резке непрерывно подаваемых в виде бруса материалов, одними из наиболее перспективных устройств являются ротационные режущие устройства. В ротационных устройствах без цепи закон движения режущей кромки задается с помощью копира, по которому обкатываются ролики рычагов, несущих режущий элемент [1, С. 23–27, 3,C.131,4,C.115-116,5,C.203-210].

Копир в резательном автомате ротационного типа, является одной из важнейших деталей от расчета и изготовления которой зависят формы и размеры отрезаемых изделий. Анализ и расчет профиля копира относится к числу основных задач при проектировании резательного автомата. Получить профиль копира можно либо аналитическим, либо графоаналитическим способами.   

Объекты и методы исследование. Рассмотрим расчет профиля копира   аналитическим способом [2,C.33-36] (рис.1).

Рисунок 1. Схема для расчета профиля копира резательного автомата

Для расчета примем следующие обозначения

координаты режущей кромки режущего элемента;

координаты теоретического профиля копира;

 координаты практического профиля копира;

скорость мыльного бруса;

горизонтальная составляющая скорости режущего ножа;

касательная скорость ротора;

радиус ротора;

угол барабана между осями качания рычагов;

угол поворота ротора;

плечо рычага, скользящее по копиру;

плечо рычага, на котором укреплены режущие ножи;

угол между плечами рычага;

угловая скорость вращения ротора;

число рычагов на роторе;

длина отрезаемого куска мыла;

радиус ролика.

Проектируя на оси координат положение режущей кромки ножа, получим закон перемещения ее в параметрическом виде[18]:

                                                      (1)

где  - угол между осью х и плечом l, меняющийся в зависимости от угла поворота ротора и профиля копира.

Координаты профиля копира для каждого момента времени получаются аналогично по формулам:

                                          (2)

Следовательно, если известен закон изменения угла , то по формулам (2) можно получить координаты профиля копира каждого значения угла .

Для того чтобы линия резания мыла была прямой, необходимо выполнение условия, заключающегося в том, что в любой момент времени периода резки, горизонтальная составляющая скорости ножа должна быть равна скорости мыльного бруса, т.е.

так как движение мыльного бруса и вращение ротора синхронизированы, то можно записать такое соотношение:

где

Известно, что  

Тогда

                                                      (3)

Если  время реза, а   координата, соответствующая моменту начала реза, то можно записать

                                                      (4)

Исходя из (3)

                                                (5)

Так как

то

                                               (6)

где   и  - углы поворота ротора соответственно для момента начала реза и текущего положения линии реза.

Согласно начальных условий, при

                                                    (7)

тогда

                                                  (8)

Отсюда следует, координату, соответствующую моменту начала реза можно записать

                                                (9)

Сопоставляя полученное из условий соблюдения прямолинейности реза с (4.1) получим:

                               (10)

Таким образом, искомый угол  определяется по формуле

                             (11)

где   

Для получения теоретического профиля копира по формуле (1) и (11) необходимо также соблюдение условий

 £ 1                                                       (12)

Определим координаты практического профиля копира. Уравнения семейства окружностей радиусом R – радиусом ролика, выглядят следующим образом:

                                     (13)

Если продифференцировать данные уравнения по переменному параметру семейства – углу , - то получим уравнение семейства касательных к точкам окружностей радиусом R. Для того чтобы найти уравнение касательной к крайним, экстремальным точкам окружностей, т.е. к точкам касания с практическим профилем копира, необходимо дифференциал функции семейства окружностей  приравнять к нулю. В таком случае получим:

                                      (14)

Результаты. Решая совместно уравнения (3) и (4) получим координаты практического профиля копира:

                                            (15)

где

                                     (16)

                                      (17)

Так как угол находится в пределах , то усилие резания будет прижимать рычаг к нижней огибающей. В таком случае рабочей будет линия, огибающая профиль копира. В таком случае, при вычислении координат следует в формулах (7) принимать знаки минус при < 0. При > 0 в формуле х_n следует принимать знак плюс.

Заключение.  Полученный таким способом профиль копира, возможно точно обработать лишь на станках с числовым программным управлением. В условиях предприятий масложировой промышленности, такая возможность имеется не всегда, поэтому для создания возможности обработки профиля копира на универсальном металлорежущем оборудовании, преимущественно используемом в механических цехах масложировой промышленности, необходимо задание профиля копира простыми линиями – прямыми, окружностями. Получающиеся погрешности можно свести к минимуму, производя аппроксимацию сложного профиля простыми линиями по небольшим участкам.  В таком случае отпадает необходимость и в сложных расчетах по выведенным формулам, которые возможно выполнить лишь на ЭВМ. Определенную точность, при введении аппроксимации кривых, может дать и графоаналитический способ расчета профиля копира.

Список литературы:

1. Желтоухова Е.Ю., Кравченко А.Н., Кондрашина Е.Д. Оптимизация процесса производства твердого хозяйственного мыла // Вестник ВГУИТ. 2019. Т. 81. № 3. С. 23–27 .
2. Искалиев К.З. Рабиль М.А. Терво Н.Б. К вопросу исследования элементов резательного автомата ротационного типа // Труды ВНИИстроммаша. -  Гатчина ,1970. - № 9. - С.33-46.
3. Сабиров Б.А. Рузиев И.С. Устройство для резки непрерывного пластичного бруса // Жараён-2000: Республиканская научная конференция. - Бухара, 2000. - С. 131
4. Сабиров Б.А., Рузиев И.С. К вопросу определения профиля копира барабанного устройства для резки // ФарПИ - Фергана, 2000. -№3/4. - С.115-116.
5. Сабиров Б., Рузиев И.С., Герасимов М.Д. Исключение отрицательного влияния профиля копира на динамические характеристики устройства для резки мыла //Энерго-ресурсоберегающие машины, оборудование и экологические чистые технологии в дорожной и строительной отрасли. Международная научно-практическая конференция. Белгород, 2018.С.203-210.